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1、XINYU UNIVERSITY 毕业设计 论文） 2018 届）题目高亮度 LED楼道灯电路设计二级学院机电工程系专业机电一体化班级机电一体化2 班学号 1001040241 学生姓名刘小琳指导教师熊春茹老师精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页，共 36 页0 / 36 目 录摘要I AbstractII 第一章 绪论 11.1 引言 1 1.2 国内外研究现状及发展趋势1 1.3 本文研究的内容 2 第二章 LED 控制电路设计方案42.1LED 光电特性 4 2.2 LED 的驱动方式 6 2.3 电源的设计方案8 2.4
2、时间控制的设计方案9 第三章 LED 控制电路设计 113.1 系统的功能 11 3.2 LED 驱动设计 11 3.3 电源的设计 12 3.4 时间控制的设计 21 3.5 总体电路设计 27 第四章 总结 29致谢 30附录 31参考文献33精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页，共 36 页1 / 36 中文摘要摘 要随着信息时代高新技术的飞速发展，人们对及时获取并显示各类信息的愿望日益强烈，由此带动了信息传媒的飞速发展，发光二极管 display is one of the important display inform
3、ation media. LED display technology is integrated optical-electronic, computer and control technologies as a modern technology. As its applications is very wide in industry, agriculture, medicine, and urban lighting. So the design of its driving circuit is very important. This paper analyses LED dri
4、ving mode detailed, give the special design scheme in LED display control system. The whole system is divided in power design section and time control section. Part of the overall system power supply design dime and time control section. 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页，共 36 页2 / 3
5、6 The power section adopt 5V DC regulated power supply and power design is made of four part such as transforming, filtering, voltage regulating and commutation. Every part has different choice and different choice in circuit get different object and effect. So this paper analyses detailed in functi
6、on with every part and the reason of choosing this link mode through circuit simulation and actul. The 555 timer is the main part of time control, Owe to its flexible, powerful, inexpensive that many people like. According to the various peripheral circuits connected to the monostable trigger compon
7、ent, multi-trigger and multi-harmonic steady-state oscillation in three ways. This design is main adopt multi-steady trigger to get the purpose of timing, the part of timing adopt LED bright or not to display. The whole design get the realization of an timing system and this system can control the t
8、ime for LED bright or not. Keywords: LED ,power supply, time control, timing, LED display 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页，共 36 页3 / 36 1 绪 论1.1 引言如今全世界对LED 研究已经很成熟了，为什么科学家发明了LED 这种光源呢？LED 相比于热光源有很多优点：体积小、耗电量低、使用寿命长、高亮度、低热量、环保、坚固耐用、多变幻、高新尖。在城市工业中，城市夜景照明追求的不是亮度，而是艺术的创意设计，小功率的LED 产品应
9、该能够找到他的用武之地。LED 发光角度小，方向性强，可作局部重点照明。问题是要给设计师提供有足够大的选择范围，外观上也应有美观的要求。可以肯定地说， LED 将会在未来引领照明的时尚与新潮。在设施农业中 ,通常所采用的人工光源是荧光灯与高压钠灯。近年来，随着光电技术的发展 ,发光二极管 (LED的亮度与效率也大幅度提高,使得这种光源在设施农业生产中的应用变为可行，尤其对封闭可调控的设施农业环境(如植物工厂，组织培养室、植物生长箱等 是一种非常合适的人工光源.为此,主要介绍了 LED 在设施农业中的应用及发展趋势1。市景观照明追求的不是亮度，而是艺术的创意设计，LED 产品应该能够找到它的用武
10、之地。发光角度小的LED 方向性强，可作局部重点照明；在封装材料中添入散射剂可以实现175 度的发光角适合较大范围内的照明，问题是目前城市夜景照明中建设单位过于追求高亮度难以给设计师提供足够大的选择范围，目前在城市夜景照明工程中常用的LED 光源主要有：线性发光灯具、装饰草坪灯、景观灯、球泡、水下灯、地面灯具：地埋灯、发光地砖、石灯、利用太阳能电池作为能源的LED 灯具2。国际上 LED 的医学应用研究工作从20 世纪 90 年代开始， 1993 年美国太空总署NASA）首先提出LED 生物医学应用研究。其研究内容包括：利用LED 照射舒缓宇航员运动疲劳、处理伤口，用于肿瘤的光动力治疗和消除皮
11、肤炎症、溃疡，促进创伤愈合以及面部嫩肤、除皱、除斑，治疗座疮等等。相继推出LED 医疗应用成果的还有以色列和英国。通过大量临床实践，各国生物医学界专家一致认为LED 医疗器械是目前最能替代He-Ne 激光器进行光疗的器械，在医学应用领域有着极其广泛的开发前景3。故 LED 电路的设计显得尤为重要，没有驱动LED 永远发不了光。每个厂家所用LED 都是一样的，不同之处在于驱动电路的不同，好的驱动电路能使其工作时间更长，发挥更多的作用，节约更多的能源，LED 相比于普通的白炽灯所用电量更少，但能发出同样的光芒，使用年限也更长，正因为有各种高性能高质量的电路使得LED 能发挥其历史性的作用，来为我们
12、照福，为国家照福，为人类照福。1.2 国内外研究现状及发展趋势1.2.1 国外 LED 电路发展现状精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页，共 36 页4 / 36 半导体照明技术的开发研究引起了全球研究机构和企业的重视。国外共有近200家公司参与 GaN器件、材料和设备的开发，近300所大学和研究所参与GaN 的研发。目前，功率型白光LED 光视效能 发光效率）已经达到100 lm/W，研究水平达到160 lm/W。经过技术发展和市场竞争，世界主要LED 厂商已经形成各自的技术特色。日本日亚化学处于全球技术领先水平，垄断高端白色、
13、蓝、绿色LED 的市场，丰田合成在白光 LED 及车灯照明技术开发据国际前端；美国Cree的碳化硅衬底生长GaN 外延片国际领先，传统照明巨头Philips 绝对控股的美国Lumileds 功率型白光LED 国际领先；传统照明巨头Osram欧司朗控股的德国欧司朗光电半导体功率型LED 封装和车用LED 灯具开发国际领先4。1.2.2 国内 LED 电路发展现状国内的外延片生长技术主要源于美国、基本上是进口美国的有机金属化学气相沉淀MOCVD ）装备，这些装备在美国就不是一流的装备，在整个LED 产业外延片的生长、芯片、芯片封装3 个环节中，外延片生长投资要占到70%，外延片成本要占到封装成成品
14、的70%，同时外延片生长技术的人才全世界都缺乏，简单的说，外延片的水平决定了整个LED 产业水平，国内近几年也陆续引进了50 多台 MOCVD 装备，均处理大生产工艺摸索阶段，一旦工艺成熟，则会上10 倍地增大装备数量形成规模生产，市场需求巨大。国家 “863”计划和信息产业发展基金及时支持了国产外延设备如液相外延炉和MOCVD 设备的研发 式： (2-1 其中V代表二级管两端的电压， R代表限流电阻， I 代表通过的电流。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页，共 36 页6 / 36 2.1.2 LED光源特点(1电压： LED
15、 使用低压电源，供电电压在6-24V之间，根据产品不同而异，所以它是一个比使用高压电源更安全的电源，特别适用于公共场所。(2效能：消耗能量较同光效的白炽灯减少80% 。(3适用性：很小，每个单元LED 小片是 3-5mm 的正方形，所以可以制备成各种形状的器件，并且适合于易变的环境。(4稳定性： 10万小时，光衰为初始的 50% 。(5响应时间：其白炽灯的响应时间为毫秒级，LED 灯的响应时间为纳秒级。(6对环境污染：无有害金属汞。(7颜色：改变电流可以变色，发光二极管方便地通过化学修饰方法，调整材料的能带结构和带隙，实现红黄绿兰橙多色发光。如小电流时为红色的LED ，随着电流的增加，可以依次
16、变为橙色，黄色，最后为绿色。(8价格： LED 的价格比较昂贵，较之于白炽灯，几只LED 的价格就可以与一只白炽灯的价格相当，而通常每组信号灯需由上300500只二极管构成。2.1.3 LED 的分类我们所说的 LED 知识一个概括的名词，其实随着LED 在 60 年代进出商业后，经过几十年的发展已经发展了很多很多种类，其主流的大类有5：(1 LED按胶体形状分： 3mm、4mm、5mm、8mm、10mm 、12mm 、方形、椭圆形、墓碑形、还有一些特殊形状等等。2按胶体颜色分：无色透明、有色透明、有色散射、无色散射等。3按颜色分：红色 red）、橙色 orange ）、黄色 yellow）、
17、黄绿色 green yellow）、绿色 green ）、 蓝绿色 blue green ）、蓝色 、紫色 pink）、紫外线uv）、白色 SMD按形状大小分： 0603、0805、1210、5060、1010 等等，一般 smd 都是菱形的，所以其叫法都是根据长*宽的尺寸来叫，行业善用的都是英寸，不是毫M，也有用毫 M 叫的，不如 1608 等。2发光颜色和胶体的种类和LED 产品一样，只是产品的形状发生了很大的变化。(3食人鱼 大功率 按功率分： 1w、3w、5w、等等。2按顶部发光透镜分 :平头、聚光、酒杯形状等。3按工艺还有铝基板的和防luminous 的。(5数码管 按外形分： 1
18、位、2 位、3 位、4 位等等。2表面颜色：灰面黑胶的、也有黑面白胶的等等。3极性：共阴、共阳。4颜色也和 LED 一样可以做很多种类。(6点阵。晶体管输出特性具有恒流性质。如图2-4所示。图2-4 LED 恒流驱动2.2.3 脉冲驱动脉冲驱动方式主要利用人眼视觉暂留现象驱动LED 发光，利用该方式驱动 LED 可以通过改变驱动频率从而达到改变LED 发光时间以及亮度。2.2.4 扫描驱动扫描驱动通过数字逻辑电路，使若干LED 器件轮流导通，用以节省控制驱动电路。如图2-5所示。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 11 页，共 36 页
19、10 / 36 图2-5 LED 扫描驱动LED 显示屏是将发光灯按行按列布置的，驱动时也就按行按列驱动。在扫描驱动方式下可以按行扫描，按列控制：也可以按列扫描，按行控制。扫描就是指依次循环接通整行的 LED 器件，某一列的 LED 器件是否应该点亮，由列控制电路来负责。依据上述分析，本文由于控制一个发光二极管，故只用直流驱动，既简单又实用，所用元器件少。也可以用滑动变阻器代替定值电阻来调节LED 的亮度。2.3 电源的设计方案2.3.1 开关电源开关电源主要采用开关式稳压电路，电路中的调整管工作在开关状态，即调整管主要工作在饱和导通和截止两种状态。由于管子饱和导通时管压降和截止时管子的电流都
20、很小，管耗主要发生在状态开于关的状态转换过程中，电源效率可提高到75%95%。由于省去了电源变变压器和调整管的散热装置，所以其体积小、重量轻。它的主要缺点是输出电压中所含纹波较大，对电子装备的干扰较大，而且电路比较复杂，对元器件要求较高。但由于工艺已经成熟，而优点又突出，已成为宇航、计算机、通信、家用电器和功率较大的电子设备中电源的主流，应用日趋广泛【7】。2.3.2 线性电源线性电源主要采用串联反馈式稳压电路，由于调整管工作在线性放大区，因此在负载电流较大时，调整管的集电极损耗先当大，电源效率较低，一般为40%60%，有时还要配备庞大的散热装置。但其电路结构简单，输出电压中所含纹波较小，所以
21、广泛应用于小信号、小功率电路中。2.3.3 比较与选取从上面对两种电源的分析并结合本次设计的要求，决定选用线性电源。理由如下：(1输出电压方面开关电源输出电压纹波较大，线性电源较小。而本次设计是对LED 和 555 提供电源，这些小型的器件对电压的稳定性要求较高，故选择线性电源。(2电路整体方面开关电源整体电路复杂，对元器件要求高，线性电源则相反。根据本次设计属于简单的定时电路。电路相对简单，故选取线性电源。(3电源转换效率方面开关电源转换效率高，功耗小，线性电源转换效率低，功耗高。但是由于LED 的特性可知，其需要的电流很低，所以也不需要大功率的电源，线性电源足以。所以综上所述，选择线性电源
22、。在设计过程中困难在于变压、整流、滤波、稳压这 4个部分的选取和链接以及完成后对电路的仿真。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 12 页，共 36 页11 / 36 2.4 时间控制的设计方案2.4.1 用555定时器组成的施密特触发器其功能主要是将输入任何波形转变为矩形波，由正、负阈值电压决定高低电平。可用于滤波电路，滤除噪声等等干扰。2.4.2 用555定时器组成的单稳态触发器其功能是用作失落脉冲检测，或对电机转速或人体的心律进行监视，如果转速不稳或人体的心律不齐时，输出低电平可用作报警信号。如果将单稳态电路的电压控制端加入一个变化
23、的电压，当控制电压升高时，电路的阈值电压升高，输出的脉冲宽度随之增加；而当控制电压降低时，电路的阈值电压也降低，单稳的输出脉宽则随之减小。如果加入的控制电压是三角波，则在单稳的输出端便可得到一串随控制电压变化的脉宽调制波形。可用该电路作为定时电路【8】。2.4.3 用555定时器组成的多谐振荡器其功能是产生多谐振荡，每隔一段时间就有电平触发，其占空比是根据外围RC 元件的参数决定的，时间主要由电容的冲放电时间决定。因此改变RC 的参数就可以改变触发时间。如果将电阻用滑动变阻器代替，则可实现频率可调的驱动电路。综上所述，结合本次设计要求应当选择555定时器组成的多谐振荡器和单稳态触发器。其优点在
24、于比较器的灵敏度高、输出驱动电流大、功能活，在电子电路中获得广泛应用。但是选择该电路存在一个问题，就是定时时间不能太长，而且时间精度不高。不适于那些精密仪器的定时。当然，可以将做好后的电路通过精密的仪器测量其定时时间，也就是测量其触发电平时间间隔。也可以用示波器观看输出波形来计算时间。第三章 LED控制电路设计2.2 系统的功能系统的总体结构如图 3-1所示，在该系统中以 5V直流稳压电源为各器件提供电源，采用555定时器定时功能和波形产生功能驱动LED发光。该系统可控制 LED发光时间及频率，达到定时预报的功能。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - -
25、- - -第 13 页，共 36 页12 / 36 图3-1 系统总体结构图2.3 LED驱动设计3.2.1 LED 脉冲驱动脉冲驱动方式，采用向 LED 器件重复通断供电的方法使之点燃就是利用人眼的视觉暂留特性，采用这种方式时应该注意两个问题：脉冲电流幅值的确定和重复颇率的选择。首先，要想获得与直流驱动方式相当的发光强度的话，脉冲驱动电流的平均值Ia 就应该与直流驱动的电流值相同。如图3-2所示，平均电流 Ia 是瞬时电流 i 的时间积分，对于矩形波来说，其表达式如(3-1 式所示： 3-1）其中Ia 代表买中电流的平均值。图3-2 LED 的脉冲驱动脉冲驱动时，脉冲电流的幅值应该比直流驱动
26、电流大。其次是脉冲重复频率的问电源电路定时电路LED 显示脉 冲 波 形产生电路精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 14 页，共 36 页13 / 36 题，通过视觉暂留特性的分析，己经知道脉冲重复频率必须高于24Hz，否则会产生闪烁现象。脉冲驱动的主要应用有两个方面扫描驱动和占空比驱动。3.3 电源的设计线性电源 电路分析这一电源变压器降压电路的工作原理是：在开关S1闭合时， 220V交流市电经 S1电路中的电源变压器有几组二次绕组，关系到这一电路能输出几组交流低电压，也关系到对电源电路工作原理的进一步分析分析整流电路等）。上面的电源
27、变压器降压电路中 T1只有二次绕组，所以是最简单的电源变压器降压电路。其输出波形如图3-5所示。交流电网电压t t t t t VO VF VR V2 V1 220V 50HZ VO VF VR V2 V1 电源变压器整流电路稳压电路滤波电路精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 15 页，共 36 页14 / 36 图3.4 电源变压器降压电路图3.5 变压后的波形3.3.2 整流电路整流电路的任务是将交流电变换成直流电。完成这一任务主要是靠二极管的单向导电作用，因此二极管是构成整流电路的关键元件。在小功率工作原理电路如图 3-4所示，图
28、中 R1 是要求直流供电的负载电阻，四只整流二极管D1-D4 接成电桥的形式，故有桥式整流电路之称。通过负载R1的电流 i1 以及电压 vl 的波形如图3-6所示。显然它们都是单方向的全波脉动波形。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 16 页，共 36 页15 / 36 图3-6 输入输出仿真波形图(2负载上的直流电压 VL和直流电流 IL的计算用傅立叶级数对图 3.7 中vL的波形进行分解后可得 3-2）式中恒定分量即为负载电压的平均值，因此有 3-3）直流电流为 看出，最低次谐波分量的幅值为，角频率为电源频率的两倍，即 2w。其他交
29、流分量的角频率为4w、6w偶次谐波分量。这些谐波分量总称为纹波，它叠加于直流分量上。常用纹波系数Kr来表示直流输出电压中相对纹波电压的大小，即 3-5）式中VLr为谐波电压总的有效值，他表示为精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 17 页，共 36 页16 / 36 和式(3-5 得出桥式整流电路的纹波系数。由于 vL中存在一定的纹波，故需用滤波电路来滤除纹波电压。(3整流元件参数的计算在桥式整流电路中，二极管是两两轮流导通的，所以流经每个二极管的平均电流为 (3-7 一般电网电压波动范围为10%.实际上选用的二极管的最大整流电流IDM和
30、最高反向电压 VRM应留有大于 10% 的余量。桥式整流电路的特点是输出电压高，纹波电压较小，管子所承受的最大反向电压较低，同时因电源变压器在正、负半周内都有电流供给负载，电源变压器得到了充分的利用，效率较高。因此这种电路在半导体整流电路中得到了颇为广泛的应用。3.3.3 滤波电路滤波电路用于滤去整流输出电压中的纹波，一般由电抗元件组成，如在负载电阻两端并联电容器 C，或在整流电路输出端与负载间串联电感器L，以及由电容、电感组合而成的各种复式滤波电路。常用的结构如图3-7所示。a）C 形滤波电路形滤波电路图3-7 滤波电路的基本形式由于电抗元件在电路中有储能作用，并联的电容器C在电源供给的电压
31、升高时，能把部分能量存储起来，而当电源电压降低时，就把电场能量释放出来，使负载电压比较平滑，即电容 C具有平波的作用；与负载串联的电感L，当电源供给的电流增加由电源电压增加引起）时，它把能量储存起来，而当电流减小时，又把磁场能量释放出来，使负载电流比较平滑，即电感L也有平波作用。滤波电路的形式很多，为了掌握它的分析规律，把它分为电容输入式和电感输入式。前一种滤波电路多用于小功率电源中，而后一种滤波电路多用于较大功率电源中电容滤波电路图3-8所示为单相桥式整流、电容滤波电路。在分析电容滤波时，要特别注意电容器两端电压 vc对整流元件导电的影响，整流元件只有受正向电压作用时才导通，否则便截止。图3
32、-8 电容滤波电路精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 19 页，共 36 页18 / 36 负载RL未接入 式中 Rint包括变压器二次绕组的直流电阻和二极管D的正向电阻。由于Rint一般很小，电容器很快就充电到交流电压v2的最大值，输出为一个恒定的直流电压。接入负载 RL( 开关 S合上 的情况：设变压器二次电压v2从0开始上升 即正半周开始）时接入负载 RL，由于电容器在负载未接入前充了电，故刚接入负载时V2 因一般较大，故电容两端的电压vc按指数规律慢慢下降。其输出电压vL=vc。与此同时，交流电压 v2按正弦规律上升。当 v2v
33、c，二极管 D1 、D3 受正向电压作用而导通，此时v2经二极管 D1 、D3一方面向负载 RL提供电流，另一方面向电容器C充电。然后， v2又按正弦规律下降。当 v2二极管的导电角，流过二极管的瞬时电流很大。电流的有效值和平均值的关系与波形有关，在平均值相同的情况下，波形越尖，有效值越大。在纯电阻负载时，变压器二次电流的有效值 (3-10 2负载平均电压 VL升高，纹波 式中T为电源交流电压的周期。3负载直流电压随负载电流增加 的关系时，电容滤波电路的负载电压 VL与v2的关系约为 (3-12 总之，电容滤波电路简单，负载直流电压VL较高，纹波也较小，它的缺点是输出特精选学习资料 - - -
34、 - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 20 页，共 36 页19 / 36 性较差，故适用于负载电压较高，负载变动不大的场合。滤波后的波形如图3-9所示。由图可看出波动大小由 RC 决定， RC 越大波动越小， RC 越小波动越大。图 3-9 滤波后仿真波形图3.3.4 稳压电路(1稳压电源的质量指标稳压电源的技术指标分为两种：一种是特性指标，包括允许的输入电压、输出电压、输出电流及输出电压调节范围等；另一种是质量指标，用来衡量输出直流电压的稳定程度，包括稳压系数、电压调整率、输出电阻、温度系数及纹波电压等。这些质量指标的含义，可简述如下10：由于输出直流电压的
35、 Vo随输入直流电压 Vi、输出电流 Io和环境温度 T的变动而变动，即输出电压 Vo=f(Vi,IO,T, 因而输出电压变化量的一般式可表示为 (3-13 式中的三个系数分别定义如下：1输入调整函数 (3-14 KV反映了输入电压波动对输出电压的影响，实用上常用输入电压变化时引起输出电压的相对变化来表示，称为电压调整率。2输出电阻RO反映负载电流 IO变化对 VO的影响。有时也用电流调整率来表示。3温度系数温度系数愈小，输出电压愈稳定，它们的具体数值与电路形式和电路参数有关。4纹波抑制比纹波电压是指稳压电路输出端交流分量的有效值，它表示输出电压的微小波动。常用纹波抑制比 RR 表示：精选学习
36、资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 21 页，共 36 页20 / 36 (3-15 式中VIP-P和VOP-P分别表示输入纹波电压峰 - 峰值和输出纹波电压的峰 - 峰值。(2串联反馈式稳压电路1电路组成和稳压原理图3-10是串联反馈式稳压电路的一般结构图，图中V1是整流滤波电路的输出电压，Q1 为调整管， A为比较放大电路， VREF为基准电压，它由稳压管D1与限流电阻 R串联所构成的简单稳压电路获得，R2 、R3和R5 组成反馈网络，是用来反映输出电压表华的取样环节。图3-10 串联反馈式稳压电路结构图这种稳压电路的主回路是起调整作用的B
37、JT与负载串联，故称为串联式稳压电路。输出电压的变化量由反馈网络取样经比较放大电路放大后去控制调整管T的CE 极间电压降，从而达到稳定输出电压的目的。从反馈放大电路的角度来看，这种电路属于电压串联反馈电路调整管T连接成电压跟随器。调整管 T的调整作用时依靠 VF和VREF之间的偏差来实现的，必须有偏差才能调整。所以 V0不可能达到绝对稳定，只能是基本稳定。所以图3.10所示系统是一个闭环有差自动调整系统。2输出电压及调节范围基准电压 VREF、调整管 T和A组成同相放大电路，输出电压 (3-16 输出电压 V0与基准电压 VREF近似成正比，反馈系数FV成正比。当 VREF及FV一定时， V0
38、也就确定了，因此它是设计稳压电路的基本关系式。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 22 页，共 36 页21 / 36 输出电压的调节范围：R3 动端在最上端时，输出电压最小 (3-17 R3 动端在最下端时，输出电压最大 (3-18 (3三端集成稳压器目前，电子设备中常使用输出电压固定的集成稳压器。由于它只有输入、输出和公共引出端，故 称之为三端稳压器。其由启动电路、基准电压电路、取样比较放大电路和调整电路组成。如果在外围添加可变电阻则可改变其稳压值。其电路如图3-11所示。图3-11 电压可调三端集成稳压器图3-12 稳压后仿真波形
39、图精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 23 页，共 36 页22 / 36 3.3.5 电源总体设计将前述四种电路连接起来便得到直流稳压电源，其输出电压可由稳压电路调节。根据本设计要求将输出电压设计为5V。得到如图 3-13所示电路图，其输出波形图如3-14所示。在上述 4种电路连接好的情况下还应该在交流市电端加保险丝，以确保不会因为短路对电路造成的危害。图3-13 5V 直流稳压电源电路图图3-14 5V 直流稳压电源总输出波形3.4 时间控制的设计555定时器是一种集模拟、数字于一体的中规模集成电路，其应用极为广泛。它不仅用于信号的
40、产生和交换，还常用于控制与监测电路中。定时器有双极型和 CMOS 两种类型产品，它们的结构及工作原理基本相同，没有本质区别。一般说来，双极型定时器的驱动能力强，电源电压范围为516V，最大负载电流可达 200mA. 而CMOS定时器的电源电压范围为318V，最大负载电流在 4mA 以下，它具有功耗低、输入阻抗高等特点。1.3.3 555定时器(1电路结构555定时器的内部电路由分压器、电压比较器C1 和C2 、简单 SR 锁存器、放电三极管精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 24 页，共 36 页23 / 36 T以及缓冲器 G 组成，
41、其内部结构图如图 3-15所示。图3-15 555 定时器的电路结构三个 5K的电阻串联组成分压器，为比较器C1、C5提供参考电压。当控制电压端5）悬空时，比较器 C1和C5 的基准电压分别为 2/3Vcc和1/3Vcc。V11是比较器 C1的信号输入端，称为阈值输入端；V12是比较器 C2的信号输入端，称为触发输入端。如果控制电压端5）外接电压 VIC，则比较器 C1 、C2 的基准电压就变为VIC和VIC/2 。比较器 C1 和C2的输出控制 SR 锁存器和放电三极管 T的状态。放电三极管 T为外接电路提供放电通路，在使用定时器时，该三接管集电极2VCC/3,V12VCC/3 时，比较器
42、C1输出低电平，比较器C2 输出高电平，简单SR 锁存器 Q 端置0，放电三极管 T导通，输出端 VO 为低电平。当V112VCC/3,V12VCC/3 时，比较器 C1输出高电平，比较器C2 输出低电平，简单SR 锁存器 Q 端置1，放电三极管 T截止，输出端 VO 为高电平。当V11VCC/3 时，简单 SR 锁存器 R=1,S=1，锁存器状态不变，电路保持原状态不变9。(2电路功能综上所述分析，可得 555定时器功能表，如表 3-1所示。表3-1 555 定时器功能表输入输出精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 25 页，共 36
43、页24 / 36 阈值输入 V11）触发输入 V12）复位 RD ）输出 VO ）放电管 T 0 0 导通1 0 导通1 不变不变(3用555定时器组成的单稳态触发器用555定时器组成的单稳态触发器如图3-16所示。没有触发信号时VI用555定时器组成的多谐振荡器用555定时器组成的多谐振荡器如图3-18所示。接通电源后，电容C被充电，当 Vc上升到 2Vcc/3 时，使 Vo为低电平，同时放电三极管T导通，此时电容C2通过 R2和T放电，Vc下降。当 Vc下降到 Vcc/3时，Vo翻转为高电平。电容器 C放电所需的时间为 (3-19 当放电结束时，T截止， Vcc将通过 R1、 R2向电容器
44、 C2充电， Vc由Vcc/3 上升到2Vcc/3所需的时间为 (3-20 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 27 页，共 36 页26 / 36 当Vc上升到 2Vcc/3 时，电路又翻转为低电平。如此周而复始，于是，在电路的输出端就得到一个周期性的矩形波。电路的工作波形如图3-19所示，其振荡频率为 (3-21 图3-18 多谐振荡电路图图3-19 多谐振荡输出波形图精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 28 页，共 36 页27 / 36 由于 555定时器内部的比较器灵敏
45、度较高，而且采用差分电路形式，用555定时器组成多谐振荡器的振荡频率受电源电压和温度变化的影响很小。图3-18所示电路的，而且占空比固定不变。如果要实现占空比可调，可采用如图 3-20所示电路。由于电路中二极管D1 、D2的单向导电特性，使电容器C 的充放电回路分开，调节电位器，就可调节多谐振荡器的占空比。图中，Vcc通过RA 、D1向电容C充电，充电时间为 (3-22 电容器 C 通过D2 、RB 及555中的三极管 T放电，放电时间为 (3-23 因而，振荡频率为 (3-24 电路输出波形的占空比为 (3-25图3-20 占空比可调多谐振荡电路精选学习资料 - - - - - - - -
46、- 名师归纳总结 - - - - - - -第 29 页，共 36 页28 / 36 图3-21 占空比可调多谐振荡输出波形说明：图 3-21中滑动变阻器阻值为 10K，滑动点设为中点，那么RA=7K ，RB=7K ，按式(3-22 和 (3-23 计算得 Tpl=Tph=49ms。 但是通过pspice 仿真 后得到的波形图看Tpl=Tph=63ms 。发现其系数是 0.9 ，与公式中的 0.7 不符。而图 3-19中得出的结论与公式中的 0.7 相符。该电路可作为脉冲产生电路，可以脉冲驱动的方式驱动LED ，频率由式 3-24）算得。同时也可以做为定时电路，定时时间可由式3-23）算得。1
47、.4总体电路设计将上述各设计连接好后便得到本次设计所需要的电路图，初步设定该电路定时时间为11S，LED 发光频率为 1kHz，电源电压为 5V。该电路可用于很多简单的控制电路，在工业，医药，农业以及照明系统中也广泛应用，因为一块555芯片的造价很便宜，而且集成度也较高。因此，本次设计是个小型的但很实用的系统。完成后的系统电路图及PCB 图如3-22和3-23所示。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 30 页，共 36 页29 / 36 图3-22 总体设计电路图图3-23 总体设计 PCB 图第四章总结毕业设计是学习阶段一次非常难得的
48、理论与实际相结合的机会，通过这次毕业设计，我摆脱了单纯的理论知识学习状态，和实际设计的结合锻炼了我的综合运用所学精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 31 页，共 36 页30 / 36 的专业基础知识，解决实际工程问题的能力，同时也提高了我查阅文献资料、设计手册、设计规范以及电脑制图等其他专业能力水平，而且通过对整体的掌控，对局部的取舍，以及对细节的斟酌处理，能是我的能力得到锻炼，经验得到了丰富并且意志品质力，抵抗压力及耐力也得到了不同程度的提高，这是我们都希望看到的也正是我们进行毕业设计的目的所在。毕业设计设计内容繁多，过程繁琐但我的
49、收获却更加丰富。各种系统的适用条件，各种设备的选用标准，各种管道的安装方式，这都是随着设计的不断深入而不断熟悉并学会运用。随着国内外 LED 的高速发展，我们的世界越来越美丽精彩。从国外先进的LED 技术到国内正在举办的世博会，LED 是其主要元素，如此绚丽的光景更是前所未有。显然LED 已经成为当今的主要研究对象。因此对LED 的控制显得更为重要，对不不同功能的LED 要选择合适的电路才能充分发挥其功能。本文详细介绍了 LED 时间控制电路系统的设计。从LED 的驱动方式、电源的设计及555时基电路的设计都做了较为详细地分析和设计。系统的电源部分包括：变压电路、整流电路、滤波电路及稳压电路。
50、该部分主要为各芯片以及 LED 提供能源，使其能正常工作。系统的时间控制部分包括：由555定时器组成的单稳态触发电路和多谐振荡电路。单稳态触发电路主要是起定时的作用，控制LED 发光的时间。多谐振荡电路主要提供LED 发光的工作频率，使其能更好的工作。系统总体设计电路相对简单，所具有的功能也相对单一。但是对一些简单实用的家用电器控制方面还是实用的，因为其使用元器件少，造价低，可广泛使用。尽管本论文对 LED 驱动电路系统已能实现基本的定时功能，并且也实现了LED 驱动频率可调的要求，但由于作者水平和时间有限，离一个完全使用的，能够完全符合市场需求的 LED 驱动电路还有一定的差距。尤其在实际输